交交變頻電路組成及工作原理

單相交-交變頻器的原理框圖如圖4-1所示。它只用一個變換環(huán)節(jié)就可以把恒壓恒頻（CVCF）的交流電源轉(zhuǎn)換為變壓變頻（VVVF）電源，因此，稱為直接變頻器，或稱為交-交變頻器。

電路由P（正）組和N（負）組反并聯(lián)的晶閘管變流電路構(gòu)成，兩組變流電路接在同一交流電源，Z為負載。兩組變流器都是相控電路，P組工作時，負載電流自上而下，設(shè)為正向；N組工作時，負載電流自下而上，設(shè)為負向。讓兩組變流器按一定的頻率交替工作，負載就得到該頻率的交流電，如圖4-2所示。

改變兩組變流器的切換頻率，就可以改變輸出到負載上的交流電壓頻率，改變交流電路工作時的觸發(fā)延遲角α，就可以改變交流輸出電壓的幅值。

為了使輸出電壓的波形接近正弦波，可以按正弦規(guī)律對觸發(fā)延遲角α進行調(diào)制，即可得到如圖4-3所示的波形。調(diào)制方法是，在半個周期內(nèi)讓P組變流器的觸發(fā)延遲角α按正弦規(guī)律從90°逐漸減小到0°或某個值，然后再逐漸增大到90°。這樣每個控制區(qū)間內(nèi)的平均輸出電壓就按正弦規(guī)律從零逐漸增至最高，再逐漸減低到零，如圖4-3中虛線所示。另外半個周期可對變流器N組進行同樣的控制。

圖4-3所示波形是變流器的P組和N組都是三相半波相控電路時的波形。可以看出，輸出電壓uo的波形并不是平滑的正弦波，而是由若干段電源電壓拼接而成。在輸出交流電壓的一個周期內(nèi)，所包含的電源電壓段數(shù)越多，其波形就越接近正弦波。因此，實際應(yīng)用的變流電路通常采用6脈波的三相橋式電路或12脈波的變流電路。

對于三相負載，其他兩相也各用一套反并聯(lián)的可逆電路，輸出平均電壓相位依次相差120°。這樣，如果每個整流電路都用橋式，共需36個晶閘管。因此，交一交變頻器雖然在結(jié)構(gòu)上只有一個變換環(huán)節(jié)，但所用的器件多，總設(shè)備投資大。另外，交一交變頻器的最大輸出頻率為30Hz，其應(yīng)用受到限制。

交交變頻電路的特性

1、輸出上限頻率

交一交變頻電路的輸出電壓是由許多段電網(wǎng)電壓拼接而成的。輸出電壓在一個周期內(nèi)拼接的電網(wǎng)電壓段數(shù)越多，就可使輸出電壓越接近正弦波，每段電網(wǎng)電壓的平均持續(xù)時間是由變流電路的脈波數(shù)決定的，因此在輸出頻率增高時，輸出電壓一周期所含電網(wǎng)電壓的段數(shù)就減少，波形畸變就嚴重。電壓波形畸變以及由此產(chǎn)生的電流波形畸變和轉(zhuǎn)矩脈動是限制輸出頻率提高的主要因素。構(gòu)成交一交變頻電路的兩組變流電路的脈波數(shù)越多，輸出上限頻率就越高。就常用的6脈波三相橋式電路而言，一般認為，輸出上限頻率不高于電網(wǎng)頻率的1/3-1/2。電網(wǎng)為50Hz時，交一交變頻電路的輸出上限頻率約為20Hz。

2、輸入功率因數(shù)

交-交變頻電路采用的是相位控制方式，因此其輸入電流的相位總是滯后于輸入電壓，需要電網(wǎng)提供無功功率。從圖4-3可以看出，在輸出電壓的一個周期內(nèi)，α角是以90°為中心而前后變化的。輸出電壓比越小，半周期內(nèi)α的平均值越靠近90°，位移因數(shù)越低。另外，負載的功率因數(shù)越低，輸人功率因數(shù)也越低。而且不論負載功率因數(shù)是滯后還是超前的，輸入的無功電流總是滯后的。

由以上分析可知，交-交變頻器的特點為

1）因為是直接變換，沒有中間環(huán)節(jié)，所以比一般的變頻器效率要高。

2）由于其交流輸出電壓是直接由交流輸入電壓波的某些部分包絡(luò)所構(gòu)成，因而其輸出頻率比輸入交流電源的頻率要低得多，輸出波形較好。

3）由于變頻器按電網(wǎng)電壓過零自然換相，故可采用普通晶閘管。

4）因受電網(wǎng)頻率限制，通常輸出電壓的頻率較低，為電網(wǎng)頻率的1/3，左右。

5）功率因數(shù)較低，特別是在低速運行時更低，需要適當補償。

鑒于以上特點，交-交變頻器特別適合于大容量的低速傳動，在軋鋼、水泥、牽引等方面應(yīng)用廣泛。